Вопросы и ответы по государственному экзамену по физике

Содержание:

Механика
Обобщенные координаты. Функция Лагранжа. Принцип наименьшего действия.
Законы сохранения импульса, момента импульса и энергии. Их связь с однородностью и
изотропностью пространства и однородностью времени.
Движение в центральном поле. Интегралы движения. Уравнение траектории.
Рассеяние частиц неподвижным силовым центром. Дифференциальное сечение рассеяния.
Формула Резерфорда.
Малые колебания системы материальных точек. Свободные колебания. Затухающие
колебания.
Вынужденные колебания. Явление резонанса.
Кинематика и динамика твердого тела. Тензор инерции. Момент инерции. Уравнения Эйлера.
Функция Гамильтона. Уравнения Гамильтона. Канонические преобразования.
Преобразования Лоренца и их геометрическая интерпретация. Пространство Минковского.

Термодинамика. Молекулярная физика. Статистическая физика.
Тепловая машина Карно. Коэффициент полезного действия.
Термодинамическое и статистическое определение энтропии. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики.
Равновесие фаз. Уравнение Клайперона-Клаузиуса.
Явление переноса: диффузия и теплопроводность.
Распределение молекул по скоростям.
Канонический ансамбль. Статистическое определение Свободной энергии.
Свободная энергия идеального газа. Уравнение состояния и химический потенциал
идеального газа.
Флуктуации термодинамических величин.
Распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.
Уравнение Ланжевена. Формула Эйнштейна для среднего квадрата смещения броуновской частицы.
Уравнение Фоккера-Планка для распределения броуновских частиц по скоростям.

Электричество. Электродинамика.
Теорема Гаусса и ее применение к вычислению электрических полей простейших
распределений плотности заряда.
Теорема Стокса и ее применение к вычислению магнитных полей простейших распределений плотности тока.
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.
Система уравнений Максвелла для напряженности электрического и индукции магнитного полей в вакууме.
Уравнение непрерывности (закон сохранения заряда) в дифференциальной и интегральной формах.
Выражения для напряженности электрического и индукции магнитного полей через
скалярный и векторный потенциалы. Калибровочная инвариантность.
Ковариантная формулировка уравнений Максвелла и динамические уравнения для
потенциалов.
Объемная плотность и поток энергии электромагнитного поля.
Условия на границе раздела двух сред.

Оптика
Волновое уравнение для электромагнитного поля в вакууме. Плоские монохроматические
волны и их свойства. Поляризация электромагнитных волн.
Оптические спектральные приборы (призменные, дифракционные, интерференционные).
Распространения света в веществе: дисперсия, фазовая и групповая скорости, комплексный
показатель преломления.
Дифракция электромагнитных волн (приближения Гюйгенса-Френеля и Фраунгофера).
Распространение света в анизотропных средах.

Атомная физика. Квантовая механика.
Дифракция электронов, атомов, молекул и нейтронов.
Принципы усиления и генерации оптического излучения. Среды с инверсной заселенностью.
Эффект Зеемана и эффект Штарка.
Физические величины и операторы.
Состояние квантовой системы, чистое и смешанное. Волновая функция и статистический
оператор.
Соотношение неопределенностей, мысленные эксперименты и вывод по Гейзенбергу.
Развитие системы во времени. Уравнение Шредингера и квантовое уравнение Лиувилля.
Стационарные состояния свободной частицы и частицы в потенциальной яме. Туннельный эффект, надбарьерное отражение.
Оператор момента количества движения. Орбитальный, спиновый и полный моменты.
Магнитный момент электрона. Мультиплетность спектров.
Частица в центральном поле. Особенности энергетического спектра частицы в кулоновском
поле. Спектры атома водорода и щелочных металлов.
Оптические спектры атомов и молекул.
Квазиклассические условия квантования.
Тождественные квантовые частицы. Принцип Паули, его точная и приближенная
формулировки.

Ядерная физика
Энергия связи. Синтез и деление ядер.
Виды ядерных превращений.
Модели атомных ядер.
Основы систематики элементарных частиц и законы сохранения в микромире.
Взаимодействия элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия.

Физика твердого тела
Типы сил связи в кристаллах: ионные, ковалентные, Ван-дер-Ваальсовы, металлические.
Кристаллические структуры.
Теорема Блоха и ее основные следствия. Обратная решетка. Зоны Бриллюэна.
Зонная модель твердого тела. Формирование энергетических зон и их заполнение
электронами. Роль граничных условий. Энергия Ферми. Приближение сильно и слабо
связанных электронов.
Электронные свойства полупроводников. Собственная и примесная проводимость.
Акцепторные и донорные полупроводники.
Электронный газ в металлах в приближении свободных электронов. Энергия Ферми и
поверхность Ферми.
Адиабатическое и одноэлектронное приближение.
Тепловые колебания кристаллических решеток Температура Дебая.
Квазичастицы в твердом теле (электроны, дырки, фононы, экситоны, поляроны и др.).
Дисперсионные зависимости, эффективная масса электронов и дырок.